氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用制造技术

本发明专利技术属于铸造技术领域，具体的涉及一种氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用。以废钢、生铁和返材为原料，在中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中加入增硅剂、增碳剂和氮化铬铁，当温度达到1460‑1470℃时，出炉，经过一次孕育和二次孕育，最后采用静压线粘土砂造型，半自动浇注机的浇注方法，浇注到双层刹车盘型腔内浇注成型。本发明专利技术所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，制备的灰铁高碳双层刹车盘的铸件硬度为160‑215HBW，抗拉强度≥170MPa，基体组织为珠光体和铁素体，金相组织为A型≥90％，B、C、D和E型的和＜10％，石墨长度3‑5级，珠光体≥95％。

Application of Ferric Chromium Nitride Material in Gray Iron High Carbon Double Layer Brake Disc

The invention belongs to the field of casting technology, in particular to the application of a ferrochromium nitride material in a gray iron high carbon double-layer brake disc. Using scrap steel, pig iron and recycled material as raw materials, smelting is carried out in medium frequency induction furnace. Silicon-increasing agent, carbon-increasing agent and ferrochromium nitride are added in the smelting process. When the temperature reaches 1460 1470 C, the scrap steel is discharged from the furnace, after one inoculation and two inoculation. Finally, clay sand moulding by static pressure line and casting by semi-automatic pouring machine are used to pour into the double-layer brake disc cavity. The application of the ferrochromium nitride material in the gray iron high carbon double-deck brake disc shows that the casting hardness of the prepared gray iron high carbon double-deck brake disc is 160_215HBW, the tensile strength is more than 170MPa, the matrix structure is pearlite and ferrite, the metallographic structure is A type (>90%), the metallographic structure is B, C, D and E type (< 10%), the graphite length is 3_5 grade, and the pearlite (>95%).

【技术实现步骤摘要】
氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用
本专利技术属于铸造
，具体的涉及一种氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用。
技术介绍
现阶段，双层叠浇工艺刹车盘的理化性能差别较大，具体体现在上层盘的抗拉强度以及硬度均低于标准要求。在熔炼过程中，原料按照回炉料→废钢→生铁→回炉料的加料顺序进行添加，该加料顺序熔炼出的铁水浇注到双层刹车盘中，由于原料中生铁存在许多粗大的过共晶石墨，在熔炼过程中很难被消除；回炉料本身也存在石墨粗大的情况，若再次熔炼时，存在遗传性；因此，在铁水凝固过程中，造成石墨粗大，导致上层盘的理化性能和力学性能均不达标。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用。该材料应用于刹车盘铸造工艺中，制备的上、下盘刹车盘面强度、硬度均匀，硬度差小。本专利技术所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，具体包括以下步骤：(1)原料选择以质量分数计，原料包括废钢35-45％、生铁25-35％和返材25-35％；(2)熔炼将原料和增硅剂置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼前在中频感应电炉底部加入部分废钢和增碳剂，当铁水溶清后，升温至1500-1520℃断电静置10-15min后，加入剩余的废钢和氮化铬铁，当温度达到1460-1470℃时，出炉；(3)一次孕育将出炉的铁水置于中转包内，进行一次孕育；(4)二次孕育将中转包内铁水转移置浇注包内待浇注，在转移过程中，加入孕育剂进行二次孕育；(5)浇注采用静压线粘土砂造型，半自动浇注机的浇注方法，浇注到双层刹车盘型腔内浇注成型。其中：步骤(2)中所述的熔炼前在中频感应电炉底部加入的部分废钢占原料中总废钢的85-90％；铁水溶清后，加入的剩余的废钢占总废钢的10-15％。熔炼前，在中频感应电炉底部加入部分废钢和增碳剂，废钢中含碳低，珠光体含量高，根据炉料遗传性考虑，加入增碳剂后，利于增碳剂的吸收，此外，还起到细化晶核，增加珠光体均匀性的目的。加料时预留部分废钢降碳使用，且氮化铬铁随废钢降碳时加入。铁水溶清后，加入剩余的废钢和氮化铬铁，然后快速出炉，有利于珠光体基体的形成。步骤(2)中所述的氮化铬铁的加入量为铁水质量的0.5-1.0％。步骤(2)中所述的氮化铬铁中氮含量6-10％，铬含量50-65％，余量为铁。步骤(2)中所述的增硅剂是SiC，SiC的加入量为铁水质量的0.5-2％。步骤(2)中所述的SiC中C含量为6-10％，Si含量为65-70％。在熔炼过程中加入增硅剂SiC，一方面可以改善石墨形态及大小，另一方面可以提高抗拉强度及硬度，在同条件下抗拉强度可以提高20～30MPa，硬度可以提高10～25HBW，此外还可以显著地提高切削性能，减小铸件白口倾向。步骤(2)中所述的增碳剂是全石墨化增碳剂，粒度为1-5mm，生产厂家是河南省内乡县鑫源冶炼材料有限公司。步骤(2)中所述的增碳剂的加入量为铁水质量的0.5-1.5％。步骤(3)中一次孕育时加入的孕育剂占铁水质量的0.5-1.0％，孕育剂为粒度为3-8mm的硅钡。步骤(4)中二次孕育时加入的孕育剂占铁水质量的0.5-1.0％，孕育剂为粒度为15-20mm的大块硅铁。二次孕育过程中，采用大块硅铁，大粒度孕育剂的采用有利于晶核的形成，结晶多，晶粒结构致密，有利于珠光体的形成。步骤(5)中所述的浇注采用半自动浇注机进行浇注，浇注温度为1420-1360℃。铁水中化学成分控制范围为：C3.60-3.9％、Si1.4-1.5％、Mn0.8-0.9％、S0.06-0.08％、P0.05-0.1％、Cr0.25-0.3％、余量铁。本专利技术所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，在熔炼过程中改变加料顺序，加入了部分氮化铬铁，使上、下盘刹车盘面的强度、硬度均匀，硬度差小。氮对灰铸铁中最明显的作用是稳定珠光体，其次是在石墨表面的吸附和在石墨中的固溶。在共晶转变过程中，氮原子不断吸附在石墨长大前沿上，并在石墨中固溶大量氮原子。这些固溶在石墨中的氮对石墨的影响主要是通过增加石墨晶体内部结构的不完整性，造成石墨弯曲、石墨表面粗糙和石墨分枝增加。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，制备的灰铁高碳双层刹车盘的铸件硬度为160-215HBW，抗拉强度≥170MPa，基体组织为珠光体和铁素体，金相组织为A型≥90％，B、C、D和E型的和＜10％，石墨长度3-5级，珠光体≥95％。(2)现有技术中通过加入铜合金或者钼合金来改善双层刹车盘的力学性能，本申请中通过加入氮化铬铁和改变原料的加料顺序来提高双层刹车盘的力学性能，原料氮化铬铁相比铜合金或者钼合金，来源广泛，价格低廉，能耗低，采用氮化铬铁代替铜合金或者钼合金可节约200-500元/吨铁水。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1一种氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，具体包括以下步骤：(1)原料选择以质量分数计，原料包括废钢35％、生铁35％和返材30％；(2)熔炼将原料和增硅剂置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼前在中频感应电炉底部加入部分废钢和增碳剂，当铁水溶清后，升温至1500℃断电静置15min后，加入剩余的废钢和氮化铬铁，当温度达到1460℃时，出炉；(3)一次孕育将出炉的铁水置于中转包内，进行一次孕育；(4)二次孕育将中转包内铁水转移置浇注包内待浇注，在转移过程中，加入孕育剂进行二次孕育；(5)浇注采用静压线粘土砂造型，半自动浇注机的浇注方法，浇注到双层刹车盘型腔内浇注成型。其中：步骤(2)中所述的熔炼前在中频感应电炉底部加入的部分废钢占原料中总废钢的85％；铁水溶清后，加入的剩余的废钢占总废钢的15％。步骤(2)中所述的氮化铬铁的加入量为铁水质量的0.5％。步骤(2)中所述的氮化铬铁中氮含量6-10％，铬含量50-65％，余量为铁。加料是预留部分废钢降碳使用，且氮化铬铁随废钢降碳时加入。步骤(2)中所述的增硅剂是SiC，SiC的加入量为铁水质量的0.5％。步骤(2)中所述的SiC中C含量为6-10％，Si含量为65-70％。步骤(2)中所述的增碳剂是全石墨化增碳剂，粒度为1mm，生产厂家是河南省内乡县鑫源冶炼材料有限公司。步骤(2)中所述的增碳剂的加入量占铁水质量的0.5％。步骤(3)中一次孕育时加入的孕育剂占铁水质量的0.5％，孕育剂为粒度为5mm的硅钡。步骤(4)中所述的孕育剂的加入量占铁水质量的0.5％，孕育剂为粒度为15mm的大块硅铁。步骤(5)中所述的浇注采用半自动浇注机进行浇注，浇注温度为1420℃。其中：铁水中化学成分控制范围为：C3.7％、Si1.5％、Mn0.87％、S0.08％、P0.07％、Cr0.29％、余量铁。对双层刹车盘进行性能测试，其中：铸件硬度采用布氏硬度计进行测量，抗拉强度采用万能材料实验机进行测量，金相组织采用金相显微镜进行测量，铁水的化学成分采用光谱分析仪进行测量。表1实施例1所述的灰铁高碳双层刹车盘性能测试结果对比例1一种双层刹车盘铸造工艺，具体包括以下步骤：(1)原料选择以质量分数计，原料包括废钢35％、生铁35％和回炉料30％；(2)熔炼将原料和增碳剂置于中频感应电炉中进行熔炼，增碳剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)原料选择以质量分数计，原料包括废钢35‑45％、生铁25‑35％和返材25‑35％；(2)熔炼将原料和增硅剂置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼前在中频感应电炉底部加入部分废钢和增碳剂，当铁水溶清后，升温至1500‑1520℃断电静置10‑15min后，加入剩余的废钢和氮化铬铁，当温度达到1460‑1470℃时，出炉；(3)一次孕育将出炉的铁水置于中转包内，进行一次孕育；(4)二次孕育将中转包内铁水转移置浇注包内待浇注，在转移过程中，加入孕育剂进行二次孕育；(5)浇注采用静压线粘土砂造型，半自动浇注机的浇注方法，浇注到双层刹车盘型腔内浇注成型。

【技术特征摘要】
1.一种氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)原料选择以质量分数计，原料包括废钢35-45％、生铁25-35％和返材25-35％；(2)熔炼将原料和增硅剂置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼前在中频感应电炉底部加入部分废钢和增碳剂，当铁水溶清后，升温至1500-1520℃断电静置10-15min后，加入剩余的废钢和氮化铬铁，当温度达到1460-1470℃时，出炉；(3)一次孕育将出炉的铁水置于中转包内，进行一次孕育；(4)二次孕育将中转包内铁水转移置浇注包内待浇注，在转移过程中，加入孕育剂进行二次孕育；(5)浇注采用静压线粘土砂造型，半自动浇注机的浇注方法，浇注到双层刹车盘型腔内浇注成型。2.根据权利要求1所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，其特征在于：步骤(2)中所述的熔炼前在中频感应电炉底部加入的部分废钢占原料中总废钢的85-90％；铁水溶清后，加入的剩余的废钢占总废钢的10-15％。3.根据权利要求1所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹车盘上的应用，其特征在于：步骤(2)中所述的氮化铬铁的加入量为铁水质量的0.5-1.0％。4.根据权利要求1所述的氮化铬铁材料在灰铁高碳双层刹...

【专利技术属性】
技术研发人员：马颖，马宗迎，韩维波，徐其刚，
申请(专利权)人：山东宏马工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37